Точният механизъм на действие на леветирацетам все още не е напълно изяснен, но явно той въздейства върху намиращия се в синаптичните везикули протеин 2А, които се среща в пространството между нервите (синапси), и спира освобождаването на химични агенти между нервните клетки.
Modul exact de acţiune al levetiracetamului este încă neclar, însă se pare că interferează cu o proteină, cunoscută sub denumirea de proteina din vezicula sinaptică 2A, care se află în spaţiul dintre nervi (sinapse) şi care inhibă transmiterea de impulsuri chimice între celulele nervoase.